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霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導電機構時(shí)發(fā)現的。后來(lái)發(fā)現半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這現象制成的各種霍爾元件，廣泛地應用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面?；魻栃茄芯?/a>半導體材料性能的基本方 霍爾傳感器法。通過(guò)霍爾效應實(shí)驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類(lèi)型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。霍爾器件是一種采用半導體材料制成的磁電轉換器件。如果在輸入端通入控制電流IC，當有一磁場(chǎng)B穿過(guò)該器件感磁面，則在輸出端出現霍爾電勢VH。在磁場(chǎng)力作用下，在金屬或通電半導體中將產(chǎn)生霍耳效應，其輸出電壓與磁場(chǎng)強度成正比?；诨舳幕舳?/a>傳感器常用于測量磁場(chǎng)強度，其測量范圍從10Oe到幾千奧斯特。盡管人們早在1879年就知道了霍耳效應，但直到20世紀60年代末期，隨著(zhù)固態(tài)電子技術(shù)的發(fā)展，霍耳效應才開(kāi)始被人們所應用。
霍爾傳感器的分類(lèi)
霍爾傳感器是根據霍爾效應原理而制成的電流和電壓傳感器。根據對霍爾電勢處理的方式不同，霍爾傳感器又可分為以下兩類(lèi)：
第一類(lèi)是直接將霍爾電勢做適當放大處理以后提供給檢測儀器或控制設備，就是所謂的直接檢測式霍爾電流傳感器。這種傳感器耐壓等級高，成本低，性能穩定，但精度受溫度變化影響大，動(dòng)態(tài)響應特性很不理想。我公司采用電路補償，圓滿(mǎn)解決以上問(wèn)題。
第二類(lèi)是磁場(chǎng)平衡式霍爾傳感器，它采用了單或雙霍爾元件，并工作在零磁通狀態(tài)，且有以下特點(diǎn)：①測量范圍寬，可測量各種電流，如直流、交流、脈沖電流等。②電氣隔離性能好。③測量精度高，線(xiàn)性度好。④抗外界電磁和溫度等因素的干擾能力強。⑤電流上升率大，響應速度快。⑥過(guò)載能力強。⑦體積小，重量輕，安裝簡(jiǎn)單、方便。目前的產(chǎn)品中以磁場(chǎng)平衡式霍爾傳感器為主。
霍爾傳感器的原理與應用
霍爾傳感器用它可以檢測磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。霍爾傳感器以霍爾效應為其工作基礎，是由霍爾元件和它的附屬電路組成的集成傳感器。霍爾傳感器在工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸和日常生活中有著(zhù)非常廣泛的應用。
如〔圖1〕所示，在半導體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應強度為B的勻強磁場(chǎng)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上，將產(chǎn)生電勢差為UH的霍爾電壓，它們之間的關(guān)系為。圖中d 為薄片的厚度，k稱(chēng)為霍爾系數，它的大小與薄片的材料有關(guān)。上述效應稱(chēng)為霍爾效應，它是德國物理學(xué)家霍爾于1879年研究載流導體在磁場(chǎng)中受力的性質(zhì)時(shí)發(fā)現的。
根據霍爾效應，人們用半導體材料制成霍爾元件。它具有對磁場(chǎng)敏感、結構簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測量、自動(dòng)化、計算機和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應用。
由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補償電路及穩壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上，稱(chēng)之為霍爾傳感器。霍爾傳感器也稱(chēng)為霍爾集成電路，其外形較小，如〔圖2〕所示，是其中一種型號的外形圖。
霍爾傳感器分為線(xiàn)性型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器兩種。
（一）線(xiàn)性型霍爾傳感器由霍爾元件、線(xiàn)性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。
（二）開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數字量。
輸出電壓與外加磁場(chǎng)強度呈線(xiàn)性關(guān)系，如〔圖3〕所示，在B1～B2的磁感應強度范圍內有較好的線(xiàn)性度，磁感應強度超出此范圍時(shí)則呈現飽和狀態(tài)。
如〔圖4〕所示，其中BOP為工作點(diǎn)“開(kāi)”的磁感應強度，BRP為釋放點(diǎn)“關(guān)”的磁感應強度。
當外加的磁感應強度超過(guò)動(dòng)作點(diǎn)Bop時(shí)，傳感器輸出低電平，當磁感應強度降到動(dòng)作點(diǎn)Bop以下時(shí)，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點(diǎn)BRP時(shí)，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖?。Bop與BRP之間的滯后使開(kāi)關(guān)動(dòng)作更為可靠。
另外還有一種“鎖鍵型”（或稱(chēng)“鎖存型”）開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器，其特性如〔圖5〕所示。 當磁感應強度超過(guò)動(dòng)作點(diǎn)Bop時(shí)，傳感器輸出由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，而在?/a>磁場(chǎng)撤消后，其輸出狀態(tài)保持不變（即鎖存狀態(tài)），必須施加反向磁感應強度達到BRP時(shí)，才能使電平產(chǎn)生變化。
按被檢測對象的性質(zhì)可將它們的應用分為：直接應用和間接應用。前者是直接檢測受檢對象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設置的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)是被檢測的信息的載體，通過(guò)它，將許多非電、非磁的物理量，例如速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉變成電學(xué)量來(lái)進(jìn)行檢測和控制。
（一）線(xiàn)性型霍爾傳感器主要用于一些物理量的測量。例如：
1．電流傳感器： 由于通電螺線(xiàn)管內部存在磁場(chǎng)，其大小與導線(xiàn)中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測量出磁場(chǎng)，從而確定導線(xiàn)中電流的大小。利用這一原理可以設計制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。
